第13章集成运算放大电路
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1、 第第1313章章 集成运算放大电路集成运算放大电路模拟电路部分模拟电路部分 第第1313章章 集成运算放大电路集成运算放大电路13.1 集成运算放大器的概述集成运算放大器的概述13.2 基本运算电路基本运算电路13.3 电压比较器电压比较器13.4 有源滤波电路有源滤波电路13.5 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路13.6 集成运算放大器的使用集成运算放大器的使用集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成
2、电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 13.1 概述概述13.1.1集成运算放大器的结构特点集成运算放大器的结构特点集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3. 几十几
3、十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4. 二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。集集成成运运算算放放大大器器外外形形图图13.1.213.1.2集成运放的组成集成运放的组成 集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输入级输入级中间级中间级输出级输出级+UCCUEE u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3
4、T4T5T1T2IS对输入级的要求对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大尽可能大。与与uo反相反相与与uo同相同相输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS对中间级的要求对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负
5、载能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。对偏置电路的要求: 提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 13.1.313.1.3集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数1. 差模开环电压放大倍数差模开环电压放大倍数Ado：指集成运放本身（无外加指集成运放本身（无外加反馈回路）的差模电压放大倍数，即反馈回路）的差模电压放大倍数，即uuuAodo 它体现了集成运放的电压放大能力，一般在它体现了集成运放的电压放大能力，一般在104107之间。之间。Ado越大，电路越稳定，运算精度也越高。越大，电路越稳定，运算精度也越高。2. 共模开环电压
6、放大倍数共模开环电压放大倍数Aco：指集成运放本身指集成运放本身的共模电压放大倍数，它反映集成运放抗温漂、的共模电压放大倍数，它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放抗共模干扰的能力，优质的集成运放Aco应接近应接近于零。于零。3. 共模抑制比共模抑制比KCMR：用来综合衡量集成运放的放用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于于80dB。ucudCMRAAK4. 差模输入电阻差模输入电阻rid：指差模信号作用下集成运放的指差模信号作用下集成运放的输入电阻。输入电阻。5. 输入失调电压输入失调电压Uio：指为使输
7、出电压为零，在输入指为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。它反映差动放大部分参数的级所加的补偿电压值。它反映差动放大部分参数的不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。6.失调电压温度系数失调电压温度系数UioT：是指温度变化是指温度变化T时所产生的失调电压变化时所产生的失调电压变化Uio的大小，它直接影响的大小，它直接影响集成运放的精确度，一般为几十集成运放的精确度，一般为几十V。7.转换速率转换速率SR：衡量集成运放对高速变化信号的适衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几应能力，一般为几Vs，若输入信号变化速率大，若输入信号变化速率大于此
8、值，输出波形会严重失真。于此值，输出波形会严重失真。uou+u 13.1.413.1.4集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性输出端输出端反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端Au0信号传信号传输方向输方向运放开环运放开环电压放大倍数电压放大倍数1.符号符号 ri 高高:几十几十k 几百几百k 实际运放：实际运放：KCMRR很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A u0 很很大大:104以上以上 107理想运放：理想运放： ri KCMRR ro 0Au0 运放符号：运放符号： u u+ uo Au0_+ + u+u-u02.2.集成运放的参数集成运放的参数3.电压传
9、输特性电压传输特性Ao越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。加负反馈才能使其工作于线性区。实际运放实际运放uo_+ +Au0uiUO（sat）UO（sat）UimUimuiuO0ui=u+-u- 理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性UO（sat）UO（sat）理想运放理想运放 uo= f ( ui ) , 其中其中 ui = u+ u uOui0uiuo+iiui对于理想运放对于理想运放rid相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路uiiirid=对于理想运放对于理想运放 u u+相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路uOi
10、i 0Auoui 0,rid,4.4.理想运放工作在线性区的分析依据理想运放工作在线性区的分析依据+uo=uiu=u Auo+uiuO+13.2 13.2 基本运算电路基本运算电路一、一、 反相输入反相输入_+ + RFR1RPuiuo0uu i1iFi1=iFFoiRuRu1110RRuuAFu13.2.1 13.2.1 集成运算放大器的输入方式集成运算放大器的输入方式_+ + RFR1RPuiuo电路的输入电阻：电路的输入电阻：Ri=R1反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。的静态电阻相等。R
11、P=R1/RF电位为电位为0，虚地。，虚地。输入电阻小、输入电阻小、共模电压为共模电压为0，以及以及“虚地虚地”是反相输入的特点是反相输入的特点二、同相输入二、同相输入_+ + RFR1RPuiuou-= u+= ui1RuRuuiFioiFouRRu)1 (1电压串联负反馈电压串联负反馈：输入电阻高。：输入电阻高。共模电压：共模电压：ui没有虚地概念。没有虚地概念。ifi1当当RF=0，R1= 时，电路为时，电路为电压跟随器电压跟随器_+ + RFuiuoiouuuu 此电路是电压此电路是电压串联负反馈，输串联负反馈，输入电阻大，输出入电阻大，输出电阻小，在电路电阻小，在电路中作用与分离元中
